基于形态学中值导数的海陆杂波场景分割方法技术

本发明专利技术公开了一种基于形态学中值导数的海陆杂波场景分割方法，主要解决现有技术分割质量差的问题，其技术方案是：1利用雷达发射机发射脉冲信号，雷达接收机接收由海面反射回来的回波数据；2计算回波数据的平均幅度；3利用平均幅度计算回波数据的形态学中值导数gj,l；4利用回波数据的形态学中值导数gj,l，计算海陆分割测度矩阵；5根据海陆分割测度矩阵，设置阈值T；6利用阈值T进行双边阈值设置，得到粗分割后的图像；7对粗分割后的图像进行修正，得到修正后的图像；8对修正后的图像进行形态学滤波，得到最终的杂波场景分割结果。本发明专利技术提高了海陆杂波场景分割的质量，可用于非相参扫描模式下的海陆杂波场景分割。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种，主要解决现有技术分割质量差的问题，其技术方案是：1利用雷达发射机发射脉冲信号，雷达接收机接收由海面反射回来的回波数据；2计算回波数据的平均幅度；3利用平均幅度计算回波数据的形态学中值导数gj,l；4利用回波数据的形态学中值导数gj,l，计算海陆分割测度矩阵；5根据海陆分割测度矩阵，设置阈值T；6利用阈值T进行双边阈值设置，得到粗分割后的图像；7对粗分割后的图像进行修正，得到修正后的图像；8对修正后的图像进行形态学滤波，得到最终的杂波场景分割结果。本专利技术提高了海陆杂波场景分割的质量，可用于非相参扫描模式下的海陆杂波场景分割。【专利说明】
本专利技术属于信号处理
，具体涉及一种海陆杂波场景分割方法，可用于非 相参扫描模式下的海陆杂波场景分割。
技术介绍
海杂波背景下的目标检测技术是雷达应用技术中一个至关重要的研究方向，在军 事和民用领域已经得到广泛应用。当雷达在对海模式下工作时，扫描场景复杂并且范围较 大，雷达回波中往往包含着各种类型的杂波，包括海杂波、地杂波、岛礁杂波、近海杂波等。 地杂波和岛礁杂波回波强度较强，严重影响着海杂波背景下的目标检测，复杂的杂波场景 和杂波特性构成了海面目标检测的主要障碍。因此，在海面目标检测前，对海陆杂波场景进 行分割是必须的预处理。通过海陆杂波场景分割将雷达回波杂波场景中陆地及岛礁部分给 分离出去，在目标检测的过程中，地杂波和岛礁杂波被排除，减少了地杂波和大型岛礁杂波 对海杂波背景下目标检测的影响。海陆杂波场景分割的质量将直接影响海杂波背景下目标 检测性能的好坏。海陆杂波场景分割是在分析雷达回波数据的基础上对杂波场景进行分割。不同于 传统的图像分割方法，雷达杂波场景的分割包括将雷达数据转化成灰度图像和灰度图像分 割两部分。在海陆混合的复杂杂波场景中，由于海态、水深、盐度、温度等环境因素和雷达波 束入射角、波束宽度等雷达参数对杂波强度的影响，杂波回波功率在很大的动态范围内变 化，仅仅依靠杂波功率测度进行海陆杂波场景分割是不可行的。由于载机运动，回波多普勒 偏移随着方位角变化，依靠多普勒频率测度的海陆杂波场景分割往往是高计算代价的，难 以满足实时海陆杂波场景分割的要求。如果利用人工的方法直接对杂波场景进行描绘分 害J，费时费力，将带来巨大的工作量，无法满足实时的场景分割要求。 文献"单子力，王超，张红.基于优化活动轮廓模型的SAR影像海陆分割方法研究 .计算机应用研究.2011,28(6)."中提出了一种以活动轮廓模型为基础的海陆自动分割 方法，将图像的边缘和区域统计信息融合到能量函数中，在此基础上进行图像分割，该方法 是通过提取图像中的某些特征来进行海陆分割。但对于工作在非相参快扫描模式下的对海 观测雷达，每个波位可利用的脉冲数目不多，雷达回波的相位也不可利用，上述所提取出的 图像特征都无法很好的区分陆地和海洋，很难得到较好的分割效果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种基于形态学中值导数的海 陆杂波场景分割方法，以实现非相参体制平台下，海陆杂波场景的快速、实时分割，提高分 割的质量。 为实现上述技术目的，本专利技术的技术方案包括如下： (1)利用雷达发射机发射脉冲信号，利用雷达接收机接收经过海面散射形成的回 波数据，该回波数据的每个分辨单元中的脉冲回波序列为X: Χ=， 其中，X1表示第i个脉冲回波，N表示脉冲数； (2)利用每个分辨单元中的脉冲回波序列X，计算回波数据的平均幅度： 其中，aw表示回波数据中第j个距离维、第1个波位维的平均幅度，I · I表示取模 运算，W表示距离总数，L表示波位总数； (3)利用回波数据的平均幅度，计算回波数据的形态学中值导数gJ>1: 3a)对回波数据的平均幅度ay做对数变换，得到对数变换后的平均幅度丐./ = Oi., = 20log," Ojj 3b)利用对数变换后的平均幅度，计算回波数据的形态学中值导数gJ>1: 其中，median{ · }表示取中值运算； ⑷利用回波数据的形态学中值导数gy，计算海陆分割测度矩阵V: 4a)利用回波数据的形态学中值导数gy计算起伏变差Sj,1: 钐态学中值导数gj,i的局部平均值； 4b)利用回波数据的形态学中值导数gy和起伏变差得到海陆分割测度Vj, 1: vj,i = gj,i+sign(gj,i) Xsj.i, 其中，sign(gj,i)表示符号函数，其根据gj,i的数值大小确定取值，如果gj,i>0,则 sign(gj,i) = l，如果gj,i<0,贝ljsign(gj,i)=-l，如果gj,i = 0,贝ljsign(gj,i)=0; 4c)利用海陆分割测度得到海陆分割测度矩阵V，即vq>1是海陆分割测度矩阵V 的第j个距离维、第1个波位维的海陆分割测度； (5)根据不同雷达回波数据的海陆分割测度矩阵V的特点，设置阈值T = IO; (6)利用阈值T对海陆分割测度矩阵V进行双边阈值设置，即将海陆分割测度矩阵V 中属于之间的测度置为0,其余的测度置为1，得到粗分割后的图像B; (7)根据粗分割后的图像Β，将沿距离维连续长度小于K的海洋部分修正为陆地，得 到修正后的图像C; (8)对修正后的图像C进行形态学滤波，得到最终的分割结果Ζ。本专利技术与现有技术相比具有以下优点： 1)由于本专利技术利用形态学中值导数及起伏变差作为海陆杂波场景分割的测度，将 非参体制平台下海陆杂波的导数差异和导数起伏差异相结合，改善了海陆杂波场景分割的 效果； 2)由于本专利技术利用形态学滤波对分割后的图像进行处理，保证了分割结果中陆地 区域和海洋区域的连通性，提高了海陆杂波场景分割的质量。【附图说明】 图1为本专利技术的实现流程图； 图2为采用本专利技术和现有方法得到的海陆杂波场景分割对比图。【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术作进一步说明：参照图1，本专利技术的实现步骤如下：步骤1，利用雷达发射机发射脉冲信号，利用雷达接收机接收经过海面散射形成的 回波数据。回波数据是一个包括脉冲维，距离维和波位维的三维矩阵，每个距离维和波位维 构成一个分辨单元，每个分辨单元中的脉冲回波序列为X: X= , <1>其中，X1表示第i个脉冲回波，N表示脉冲数。步骤2,计算回波数据的平均幅度。 利用每个分辨单元中的脉冲回波序列X，计算回波数据的平均幅度：<2> 其中，ay表示回波数据中第j个距离维、第1个波位维的平均幅度，I · I表示取模 运算，W表示距离总数，L表示波位总数。 步骤3,利用回波数据的平均幅度，计算回波数据的形态学中值导数％,u (3.1)对回波数据的平均幅度ay做对数变换，得到对数变换后的平均幅度:<3> (3.2)利用对数变换后的平均幅度/，计算回波数据的形态学中值导数gj, 1:<4> 其中，median{ · }表示取中值运算；这里M的取值为任意的正整数，本专利技术实例中，根据仿真实验所用海杂波数据的特 性，将M取值为20。 步骤4,利用回波数据的形态学中值导数gm计算海陆分割测度矩阵V; (4.1)利用回波数据的形态学中值导数gy计算起伏变差Sj,1: <5>本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于形态学中值导数的海陆杂波场景分割方法，其特征在于，包括：(1)利用雷达发射机发射脉冲信号，利用雷达接收机接收经过海面散射形成的回波数据，该回波数据的每个分辨单元中的脉冲回波序列为X：X＝[x1,x2,...,xi,...,xN]，其中，xi表示第i个脉冲回波，N表示脉冲数；(2)利用每个分辨单元中的脉冲回波序列X，计算回波数据的平均幅度：aj,l=1NΣi=1N|xi|,j=1,2,...,W,l=1,2,...,L;]]>其中，aj,l表示回波数据中第j个距离维、第l个波位维的平均幅度，|·|表示取模运算，W表示距离总数，L表示波位总数；(3)利用回波数据的平均幅度，计算回波数据的形态学中值导数gj,l：3a)对回波数据的平均幅度aj,l做对数变换，得到对数变换后的平均幅度a‾j,l=20log10aj,l;]]>3b)利用对数变换后的平均幅度计算回波数据的形态学中值导数gj,l：gj,l=median{a‾j+1,l,a‾j+2,l,...,a‾j+M,l}-median{a‾j-1,l,a‾j-2,l,...,a‾j-M,l},]]>其中，median{·}表示取中值运算；(4)利用回波数据的形态学中值导数gj,l，计算海陆分割测度矩阵V：4a)利用回波数据的形态学中值导数gj,l计算起伏变差sj,l：sj,l=12M+1Σj=j-Mj=j+M(gj,l-g)2,]]>其中，表示形态学中值导数gj,l的局部平均值；4b)利用回波数据的形态学中值导数gj,l和起伏变差sj,l，得到海陆分割测度vj,l：vj,l＝gj,l+sign(gj,l)×sj,l，其中，sign(gj,l)表示符号函数，其根据gj,l的数值大小确定取值，如果gj,l＞0，则sign(gj,l)＝1，如果gj,l＜0，则sign(gj,l)＝‑1，如果gj,l＝0，则sign(gj,l)＝0；4c)利用海陆分割测度vj,l，得到海陆分割测度矩阵V，即vq,l是海陆分割测度矩阵V的第j个距离维、第l个波位维的海陆分割测度；(5)根据不同雷达回波数据的海陆分割测度矩阵V的特点，设置阈值T＝10；(6)利用阈值T对海陆分割测度矩阵V进行双边阈值设置，即将海陆分割测度矩阵V中属于[‑T,T]之间的测度置为0，其余的测度置为1，得到粗分割后的图像B；(7)根据粗分割后的图像B，将沿距离维连续长度小于K的海洋部分修正为陆地，得到修正后的图像C；(8)对修正后的图像C进行形态学滤波，得到最终的分割结果Z。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：水鹏朗，蒋晓薇，樊书辰，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61